基于DeviceNet网络的焊接生产线改造方案

收稿日期:2007-05-23
基金项目湖南省教育厅科研基金资助项目(56)
作者简介谭甲凡(6),男,湖南涟源人,湖南人文科技学院高级讲师主要研究方向RM 嵌入式技术,现场
总线技术第21卷第3期南华大学学报(自然科学版)
Vol .21No .3
2007年9月
Journal of Unive rsity of S outh Chi na (Science and Technol ogy )
Sep.2007
文章编号:1673-0062(2007)03-0037-04
基于DeviceNet 网络的焊接生产线改造方案
谭甲凡,黎建辉
(湖南人文科技学院通讯与控制工程系,湖南娄底417000)
摘　要:在焊接生产线的改造过程中,在原有的集中式控制系统中引入Device N et 网络,使系统的灵活性大大增加,避免了原有系统布线复杂,维护困难的缺点;同时由于Device Net 网络的开放性,使焊接生产线控制系统的扩展性大大增强,极大地方便了后续的功能拓展.
关键词:现场总线;Device Net 网络;现场总线控制系统(F CS )中图分类号:TP311 文献标识码:B
The Tran s for ma ti on Pl an of W eld i n g Producti on
L i n es ba sed on the D ev i ceNet
TAN J i a 2fan,L I J i a n 2hu i
(Depart m ent of comm unicati on and contr ol -enginee ring,Hunan I nsititute of Humanities and Science and Technology,Loudi,Hunan 417000,China )Abstrac t:I n the transf or m ati on p r oce ss of welding p r oduction lines,intr oducing Devi 2ce Ne t int o the original centralized contr ol syste m w ill gr eatly increase the flexibility of the syste m and avoid the co m plex wiring a swell as the difficult m aintenance f or original sys 2te m.Meanwhile,due t o the openness of Device Ne t,the expansion of contr ol syste m of welding p r oduction lines is enhanced greatly .B y doing so,it will make the following func 2ti onal developm ent convenient .
Key wor ds:Field bus;Device N et;Field bus contr ol syste m
0　引言
随着微处理器、计算机、控制、通信等技术发展,工业控制系统开始向网络化的方向发展,在这场变革中现场总线取到了关键性的作用[1]
.现场总线控制系统用现场总线这一开放的,具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连,构成现场总线控制系统,同时控制功能彻底下放到现场,降低了安装成本和维护费用
[1]
.Device Net
网络作为主流现场总线,在工业控制领域获得了
:0C70:192-.:A .
广泛的应用.
在本文中着重介绍了在焊接生产线改造中Device Net网络的应用,以及其所带来的优势.
1　DeviceNe t简介
Device Net由Rockwell自动化公司开发并将其作为一个基于C AN-bus总线的开放式现场总线标准而公布,特别适合于工厂自动控制.
ODV A是所有Device Ne t产品开发者的组织,它成立于1995年并获得了Rockwe ll自动化公司所有知识产权的转让.该组织按照公司的原则进行运作,并确保所有成员都有同等的发言权.它负责Device Ne t标准的制定和更新.此外,ODV A还致力于Device Net在全球的推广和市场化.
Device NetT M是一个非常成熟的开放式网络.它根据抽象对象模型来定义.这个模型是指可用的通讯服务和一个Device Net节点的外部可见行为.相应的设备子协议(Device Pr ofile)规定同类设备的行为.Device Net允许多个复杂设备互连接,也允许简单设备的互换性.
Device Net的主要技术特点如下所示:
1)网络大小:最多64个节点;
2)网络模型:生产者/消费者模型;
3)网络长度:可选的端对端网络距离随网络传输速度变化;
4)波特率:125kbps,距离:500m(1640ft)
5)波特率:250kbps,距离:250m(820ft)
6)波特率:500kbps,距离:100m(328ft)
7)数据包:0～8字节;
8)总线拓扑结构:线性干线/支线,电源和信号在同一网络电缆中;
9)总线寻址:带多点传送(一对多)的点对点;多主站和主/从轮询或状态改变(基于事件);
10)系统特性:支持设备的热插拔,无需网络断电.
2002年12月Device Net规范被批准为国家标准.D evice Ne t在中国的发展速度是非常惊人的,Device Net也在中国建立了许多各行业的应用,众多大型企业,均开始将D evice Ne t应用到自己的主流产品或生产过程中[2].
2　焊接生产线的系统结构
焊接生产线原有控制系统的结构如图1所示:
图1　焊接生产线原控制系统示意图
F i g.1　W eld i ng pr oduc tio n li n es form a l con tro l syste m d i a gram
焊接生产线原有系统结构为图1所示,整个生产线采用P LC集中监控的方式,每台P LC根据其I/O点数的多少分别控制不同数量的焊接工位,检测工位上的输入信号,并根据输入信号控制焊机的启停,同时在焊接过程中对焊机的工作电流、电压进行监控随着生产规模的增加,对于生产线的改造比较迫切,由于L同时监控多个工位,系统的连接线复杂,对维护带来不便,同时由于生产线为从国外引进,现有的PLC系统已经停产,对于后续的维护是很不利的.而且P LC的监控网络采用485连接到主控制室,通讯效率较低,满足不了对于实时性的要求.因此在生产线的改造中,基本确定采用全新的系统将原有的系统替换,但是要求新系统能够有良好的扩展性和可维护性
基于N技术的D N是一种低成本的
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.
P C.
CA evice et
通讯总线.它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、马达启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口等)连接到网络,从而消除了昂贵的硬接线成本;直接互连性改善了设备间的通讯,并同时提供了相当重要的设备级诊断功能,这是通过硬接线I/O接口很难实现的.同时,Device Net是一种简单的网络解决方案,它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间.因此Device N et网络用于焊接生产线的改造,对于降低系统设计工作量,加快工程进度是十分有利的,同时由于有很多厂商提供符合Device Net 协议规范的设备,对于生产线控制系统的产品选型以及后续维护、升级是非常方便的.采用Devi2 ce Ne t网络的生产线架构如图2所示.
图2　焊接生产线Device N et控制系统示意图
F i g.2　W e ld i n g pr oduct i on li ne s Dev i ceNet con tr ol system d i a gr am
3　DeviceNe t监控系统的组成
焊接生产线的Device Net监控系统工控微机,Device Net主站卡DN-PC I-5110、模拟量输入模块CA DA M-3800以及继电器输出模块CA DA M -2404组成,系统结构如图3所示:
图3　Device Ne t监控系统组成
F i g.3　D eviceNet m on itor s ystem com positi on
工控微机通过Device N et主站卡DN-PC I-5110接入Device Net网络中,与总线进行数据交换,管理系统中各个C ADA M-3800模块;实现系统中各设备参数监控、显示、人机界面以及各种控制功能.C ADA M-3800模块模块实现工位状态信号的采集,并通过D M模块实现控制信号输出功能
整个系统的通讯距离在左右,系统的通讯速率采用250kbps,能够保证良好的通讯实时性.
Device Net网络在焊接生产线中的应用,避免了复杂的信号连线,使控制系统的安装为何简单,运行可靠,应用灵活,并能够保证控制的实时性. 3　D N主站卡
DN I5[]是D N网络中的一个主控节点,该节点管理D N网络上其他设
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第21卷第3期 谭甲凡等:基于Devi ceNet网络的焊接生产线改造方案
CA A-2404 .
200m .1evice et
-P C-1104evice et
evice e t
备和主机的数据交换.DN-PC I-5110Device Net 主站卡是一款采用PC I接口、集成高速微处理器的1路CA N接口卡,即插即用.DN-PC I-5110接口卡采用S MD表面安装技术、四层电路板工艺,安装有光电隔离模块,实现完全电气隔离的CA N接口/PC I控制电路,抗干扰能力强,非常适合在长期工作环境下的PC上使用.
3.2　CA DA M系列I/O模块
1)CAD AM-3800模拟量输入模块[5]主要技术参数如下:
a.单电源供电,供电电压:+24V DC;
b.8路模拟量输入通道;
c.12位分辨率ADC;
d.电压输入范围:0～5V;
e.电流输入范围:0～20mA.
f.采用C ADA M-3800模拟量输入模块的四路输入通道用于检测焊接工位上的工作状态.
2)CAD AM-2404继电器输出模块主要技术参数如下:
a.单电源供电,供电电压:+24V DC;
b.4路继电器输出通道;
c.触点控制:“1”吸合,“0”断开;
d.触点容量:DC:24VDC/1A AC:220VAC/
0.5A;
e.触点寿命:5×105次.
f.采用CAD AM-2404继电器输出模块四路输出通道用于提供数字量输出信号,控制焊接工位上的焊机启停以及其它执行设备.
3.3　系统说明
焊接生产线通过C ADA M-3800模块检测焊接工位运行状态并将检测到的信息上传到控制主机,由控制主机根据运行状态将执行命令传送到CA DA M-2404模块,可以控制焊机的启动或者停止.系统工作状态实时显示在人机界面上.该系统能够警示危险工况,诊断并排除故障.在危险工况下,通过实时地控制输出模块,使生产线处于安全状态,防止事故的发生.
焊接生产线控制系统软件采用VC++开发.系统软件对工位状态进行处理,实时获取系统工作状态,并以图形化的界面显示,在危险状态下及时发出报警信息,并可以根据键盘指令进行相应的控制.
焊接生产线控制系统的特点是:通过Devi2 ce Ne t网络实现对工位状态的采集以及输出装置的控制,使得系统十分容易构建,布线安装十分方便;同时系统抗干扰能力强、可靠性高、实时响应性好.而且通过DeviceNet网络的应用,在后续的扩展中可以灵活的选用不同厂家的Device Ne t产品.通过实际的运行测试表明,该系统运行稳定、可靠,维护接口方便,性能价格比较高.
4　结论
在工业市场中,已有1498个注册的符合De2 viceNet协议标准的产品,而且在持续增加中.目前,DeviceNet的应用包括:汽车电子、半导体芯片制造、电子产品制造、食品和饮料、批量生产化学处理、生产装配、包装和物料转移等[2].
采用现场总线的工业控制系统符合工业控制系统领域的技术发展趋势,相信随着CAN-bus 技术的进一步完善和推广,Device N et网络有相当可观的应用前景.
参考文献:
[1]王常力,罗　安.分布式控制系统(DCS)设计与应用
实例[M].北京:电子工业出版社,2004.
[2]冯冬芹,黄文君.工业通讯通信网络与系统集成
[M].北京:科学出版社,2005
[3]饶运涛,邹继军.现场总线CAN原理与应用技术
[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[4]邬宽明.现场总线技术应用选编③[M].北京:北京
航空航天大学出版社,2005.
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